SISTEMUL DE FRÂNARE CU ABS Introducere Astăzi vehiculele sunt echipate cu sisteme de frânare performante şi fiabile capabile să atingă excelente valori ale deceleraţiilor chiar şi la viteze ridicate. Cu toate acestea sistemele de frânare nu sunt capabile să evite consecinţele unei frânări excesive din partea conducătorului. Statisticile arată că 10% din accidente sunt datorate faptului că automobilele în timpul frânărilor devin incontrolabile ca urmare a blocării roţilor. Sistemele antiblocare a roţilor permit vehiculelor să-şi conserve dirijabilitatea şi stabilitatea direcţională în cazul unei frânări de urgenţă. Sistemul ABS contribuie semnificativ la creşterea gradului de securitate activă ceea ce impune generalizarea acestuia. La ora actuală clienţii de automobile consideră sistemul ABS ca fiind cea mai importantă opţiune ( 60% ) devansând airbagul ( 53% ) şi direcţia asistată ( 51% ). 1.1 Utilizarea sistemului ABS Cu toate că ABS-ul este considerat ca fiind un dispozitiv esenţial din punct de vedere securitate activă funcţionarea şi rolul său sunt puţin cunoscute. Prima funcţie a sistemului ABS este aceea de a permite conducătorului să dirijeze vehiculul în cazul frânării de urgenţă. Dacă automobilul dotat cu ABS se află în curbă şi se produce o frânare de urgenţă vehiculul rămâne pe traiectoria impusă de conducător în 85% din situaţii. În absenţa ABS-ului numai 38% din vehicule rămân pe traiectoria impusă de conducător. Sistemul de frânare cu ABS 1 Scopul sistemului ABS ABS-ul are ca scop conservarea dirijabilităţii şi stabilităţii vehiculului în cazul frînărilor de urgenţă. Rolul sistemului ABS Evitarea blocării roţilor automobilului. Caracteristicile sistemului ABS ABS-ul trebuie să se adapteze foarte rapid la condiţiile de aderenţă întâlnite în trafic, realizând astfel compromisul optim între dirijabilitate, stabilitate şi deceleraţia maximă în situaţia frânării de urgenţă. Prin urmare sistemul trebuie să asigure: • • dirijabilitate ( evitarea blocării roţilor ); deceleraţie maximă ( utilizarea optimă a aderenţei ); • a gestiona cuplul destabilizator ce apare în cazul frânării când roţile aceleiaşi punţi se află pe suprafeţe cu aderenţe diferite. Sistemul de frânare cu ABS 2 2. Principiul de funcţionare 2.1 Relaţia între alunecare şi aderenţă Roată liberă Roată frînată V = viteza automobilului v = viteza periferică a roţii alunecarea = V – v / V x100% o Dacă V = v → alunecare = 0% o Dacă V≠ 0 şi v = 0 → alunecare = 100% → roată blocată o Dacă V = 0 şi v ≠ 0 → alunecare = 0% → roata patinează 2.2 Forţa de aderenţă Dacă alunecarea roţii depăşeşte o anumită valoare forţa de aderenţă a roţii se diminuează ceeea ce duce la scăderea maniabilităţii automobilului. Forţa de aderenţă este maximă când alunecarea atinge anumite valori. Alunecările dintre pneu şi cale produc uzura anvelopei. Odată cu debutul frânării forţa de aderenţă transversală începe a se diminua iar alunecarea va creşte putând să se ajungă în situaţia de blocare a roţilor. Dacă roţile faţă sunt blocate dirijabilitatea automobilului este pierdută ( sistemul de direcţie nu mai răspunde la dorinţele conducătorului ). Când roţile spate sunt blocate se pierde stabilitatea automobilului ( risc de tête à queue ). Factorii de care depinde aderenţa longitudinală şi cea transversală: - natura căii de rulare - condiţiile atmosferice - caracteristicile anvelopei Sistemul de frânare cu ABS 3 Coeficienţi de aderenţă Beton sec Beton umed Zăpădă proaspătă Gheaţă Forţa de frânare creşte rapid, atinge maximum său pentru o valoare a alunecării cuprinsă între 8 şi 20%, apoi se diminuează pe măsură ce se tinde către blocarea roţilor (distanţa de frânare va creşte). Frânarea violentă ce conduce la blocarea roţilor creează pirderea de aderenţă cu efecte negative asupra stabilităţii şi dirijabilităţii automobilului dar şi a spaţiului de frânare. Forţa maximă de frânare se obţine când pneul se află la limita aderenţei. Putem spune că odată cu creşterea aderenţei scade spaţiul de frânare. Odată cu blocarea roţilor va rezulta: • • • Reducerea eficacităţii frânării; Ghidaj defectuos al vehiculului ( risc important de derapaj ); Uzură accentuată şi neuniformă a pneurilor. Pentru a înlătura problemele amintite anterior este necesar a limita forţa de apăsare pe pedala de frână la valori ce permit obţinerea unei alunecări de cca. 20% între pneu şi cale. Pentru a realiza acest lucru se face apel la SISTEMUL DE ANTI – BLOCARE AL ROŢILOR. Sistemul de frânare cu ABS 4 3. Istoria sistemului ABS 1985 ABS BOSCH 2S pe R25 V6 turbo cu 4 electrovane ( la serie ) 1987 ABS MK II TEVES pe R21 cu 6 electrovane 1989 Antiskid BENDIX pe R19 cu 6 electrovane 1991 ABS BOSCH 2E pe CLIO, SAFRANE cu 3 electrovane 1993 ABS BOSCH 2E pe R19 cu 3 electrovane 1994 ABS MARK IV pe LAGUNA cu 8 electrovane 1994 ABS MARK IV pe TWINGO cu 4 electrovane 1995 ABS BOSCH 2E pe SAFRAN ( la serie ) cu 3 electrovane 1995 ABS MARK IV pe MEGANE cu 8 electrovane 1996 ABS BOSCH 5.0 pe ESPACE cu 8 electrovane ( EBV/ REF ) 1997 ABS BOSCH 5.3 pe SAFRANE II cu 8 electrovane ( EBV / REF ) 1997 ABS BOSCH 5.3 pe KANGOO cu 8 electrovane 1997 ABS MARK 20 I pe LAGUNA cu 8 electrovane ( EBV / REF ) 1997 ABS MARK 20 I pe noul MASTER 1998 ABS BOSCH 5.3 la serie pe familia MEGANE cu 8 electrovane 1998 ABS BOSCH 5.3 pe CLIO II cu 8 electrovane 1998 ABS MARK 20 I pe TWINGO faza II cu 8 electrovane 1999 ABS BOSCH 5.3 pe CLIO II cu 8 electrovane la serie 2000 ABS BOSCH 5.3 pe SCENIC RX4 cu 12 electrovane ( REF, ABD, MSR ) 2001 ABS MARK 60 pe LAGUNA II cu 8 electrovane ( REF, AFU, MSR ) 2001 ABS MARK 60 pe LAGUNA II cu 12 electrovane ( REF, AFU, MSR, ASR, ESP ) 2001 ABS BOSCH 5..7 pe MEGANE faza III, CLIO II şi AVANTIME cu 12 electrovane ( REF, ASR, ESP ) 2001 ABS TRW 430 pe TRAFIC cu 8 electrovane ( REF ) 2002 ABS BOSCH 8.0 pe MEGANE II cu 12 electrovane ( REF, ESP, ASR, CVS ) Sistemul de frânare cu ABS 5 4. Sisteme ABS utilizate de Renault 4.1 Sisteme integrate Aceste sisteme cumulează atât funcţiile de frânare cât şi pe cele de reglare într-un singur ansamblu. Întîlnim două tipuri de astfel de sisteme: Tipul modular - Pompa centrală de frână convenţională este înlocuită de un dublu distribuitor care alimentează roţile faţă şi spate prin intermediul unui debit furnizat de un grup electro-pompă. Avem 6 electrovane care asigură reglarea presiunii de frânare în faza de antiblocare ( ANTISKID BENDIX pe R19 ). Tip non modular Pompa centrală de frână alimentează circuitele punţii faţă, iar circuitele punţii spate sunt alimentate de un servomecanism de frânare hidraulic. În cazul reglării volumul de lichid prelevat de la roata care tinde să se blocheze este returnat la rezervorul sistemului ( circuit deschis ). 4.2 Sistem adiţional Acesta se compune dintr-un bloc hidraulic adiţional montat în serie cu circuitul de fânare convenţional ( pompa centrală cu servofrână ).Pe timpul reglării presiunii de frânare, volumul de lichid prelevat de la roata ce tinde să se blocheze este reinjectat direct în circuit ( BOSCH şi TEVES II ) sau direct în rezervor pentru TEVES I. Sistemul de frânare cu ABS 6 5. Componente Aliment are DIAG Captor viteză Calculator ABS ELECTROVANE admisie şi evacuare Contactor STOP FUNCŢIA AFU POMPĂ ELECTRICĂ ACCELEROMETRU longitudinal şi sau transversal Martor şi SYP FUNCŢIA ABS Captor cursă pedală 6. Dispunerea elementelor Sistemul de frânare cu ABS 7 7. Principiul de funcţionare 7.1 Schema de principiu Semnal captor Viteză roată Analiză semnal Modificare viteză Strategie Ordine de reglare Intervenţie hidraulică Sistemul de frânare cu ABS 8 7.2 ABS tip sistem adiţional • Particularitate pentru TEVES I ( LAGUNA faza I ) 8. Calculatorul sistemului ABS 8.1 Strategia calculatorului Calculatorul are rolul de a comnada electrovanele şi pompa hidraulică. Pentru aceasta el are nevoie de următoarele informaţii: Viteza vehiculului Această mărime este determinată prin calculul mediei vitezelor celor patru roţi, şi se mai numeşte viteză de referinţă. Viteza de referinţă este calculată pe baza informaţiilor furnizate de către captorii roţilor în cazul în care avem patru captori. Pentru automobilele dotate cu doi captori ( numai pentru roţile faţă ) dar şi pentru cele 4x4 vom avea şi un accelerometru longitudinal care contribuie la calculul vitezei de referinţă. Acceleraţiile şi deceleraţiile fiecărei roţi Informaţiile preluate de captori sunt tratate în paralel de două microprocesoare, urmând ca acestea să emită semnale de ieşire pentru comanda electrovanelor şi a electropompei. Calculatorul poate determina alunecarea fiecărei roţi dacă se cunoaşte viteza de referinţă ( viteza automobilului ) şi deceleraţia ( sau acceleraţia ) pentru fiecare roată. • Securitate Calculatorul funcţionează după principiul redondanţei simetrice. Cele două microprocesoare sunt identice şi tratează aceleaşi informaţii ( achiziţie viteze roţi, calculul vitezei de referinţă, deceleraţiile roţilor). Fiecare microprocesor este programat cu algoritmi de calcul identici. În cazul neconformităţii 9 Sistemul de frânare cu ABS semnalelor tratate, al parametrilor calculaţi, în caz de pană sau de defectare a sistemului calculatorul limitează operaţiile în funcţie de defectul apărut. Aceste probleme apărute în cadrul sistemului sunt semnalate prin martorii din tabloul de bord şi pot fi interpretate cu ajutorul testerului prin priza diagnosticare. Captorii roţilor, legăturile electrice şi electrovanele se află sub supravegherea permanentă a calculatorului. 9. Ansamblul hidraulic 9.1 Prezentare Exemplu TEVES MARK-60 ( Laguna II, Velsatis ) 9.2 Precauţii -a se respecta poziţia prescrisă pentru manipulare şi transport a ansamblului electro-hidraulic -a nu se solicita mecanic cablajul electric -protectoarele ( obturatoarele )se vor demonta numai în momentul montajului -evitarea şocurilor de orice natură -piesele vor avea ambalaj individual -a se evita intrarea în contact cu umiditatea sau cu alte medii ostile -a nu se utiliza lichide de frână în amestec ( numai lichidul recomandat de constructor ) -respectarea timpului de stocaj -a nu se pune în funcţiune pompa electrică ( prin inervenţie externă ) atunci când pedala de frână a fost blocată -a se respecta riguros ordinea operaţiilor prescrise în M.R. pentru purjarea sistemului -pentru vechile sisteme activarea acestora cu o staţie nepurjată poate provoca aspirarea de aer de către pompa hidraulică fiind ulterior dificilă sau chiar imposibilă purjarea grupului hidraulic. 10 Sistemul de frânare cu ABS 10. Circuitul hidraulic a.Purjarea Purjarea circuitului de frânare ( fără activare ABS ) Dacă se înlocuiesc elemente situate în aval de grupul hidraulic este necesar a efectua o purjare clasică. După purjare este necesar a efectua o probă de drum pe perioada căreia se va produce o activare a sistemului ABS. Astfel se va verifica comportamentul pedalei de frână . Dacă acesta s-a modificat se va efectua o purjare a circuitului de reglare. Purjarea circuitului de reglare Această operaţie se va efectua după o purjare clasică. Înlocuirea lichidului de frână sau a elementelor situate în amontele grupului hidraulic necesită o purjare cu ajutorul cu ajutorul testerului de diagnostic şi a unei staţii adecvate. b.Grupul electro-pompă • ABS) . • Rol Scop Grupul electropompă împiedică apăsarea totală a pedalei de frână.pe perioada reglării ( activare Sistemul de frânare cu ABS 11 Pentru sistemele BOSCH şi TEVES II ( din a doua generaţie ) pompa aspiră lichidul de la receptor şi îl reinjectează în sistemul de admisie pe perioada fazei de reglare a presiunii ( circuit închis ). nPentru sistemul TEVES I (din prima generaţie ) pompa aspiră lichidul din rezervorul pompei centrale şi îl refulează în circuitul de admisie în timpul fazei de creştere a presiunii ( circuit deschis ). • Componenţă A 1 A 2 4 5 R 1 • Funcţionare 3 2 1 R 2 Ansamblul este constituit dintr-un motor electric şi o pompă hidraulică cu dublu circuit. Arborele motorului electric este prevăzut cu un excentric care transformă mişcarea de rotaţie în mişcare liniar – alternativă la cele două pistoane dispuse diametral opus. Supravegherea motorului electric de către calculator se face fie prin controlul tensiunii induse în bobinajul motorului electric după tăierea alimentării, fie printr –un captor inductiv încorporat în motor care transmite un semnal sinusoidal către calculator ( putem întîlni şi traductoare cu efect Hall ). • Securitate În caz de defectare a electropompei calculatorul anulează funcţionarea sistemului ABS. c.Electrovanele • Rol Electrovanele au rolul de a modula presiunea lichidului în circuitele sistemului de frânare. Sistemul de frânare cu ABS 12 • Componenţă La interiorul electrovanelor se află un solenoid, un miez magnetic ce constitue elmentul mobil şi un resort. Aceste elemente sunt protejate de către filtre dispuse la intrarea şi ieşirea fiecărei electrovane. • Funcţionare Deschiderea sau închiderea circuitelor hidraulice sunt realizate prin solenoid şi indusul mobil (miezul ). Poziţia de repaus este asigurată de către resort dar şi de presiunea din sistem care permite în cazul defectării electrice funcţionarea clasică a instalaţiei de frînare. Electrovana de admisie conţine o supapă antiretur care se deschide când presiunea creată de pompa centrală de frână devine inferioară presiunii de la nivelul receptorului ( cazul ridicării rapide a piciorului de pe pedala de frână sau probleme electrice la electrovane). • Versiunea simplă Pentru o anumită intensitate a curentului electric aplicat bobinei se închide supapa de admisie iar cea de evacuare rămâne şi ea închisă ( faza de menţinere ). Dacă intensitatea curentului electric creşte supapa de admisie rămâne inchisă şi se deschide cea de evacuare ( faza de evacuare ). Pompa centrală RCO Sistemul de frânare cu ABS 13 • Versiunea dublă 4 3 5 1 6 2 Nu vor fi comandate în acelaşi timp supapele de admisie cu cele de evacuare. Sistemul de frânare cu ABS 14 11. Elemente electrice 11.1 Captorii de viteză roată • Rol Aceşti captori ai roţilor transformă mişcarea mecanică a unei roţi danturate ( solidară în rotaţie cu roata automobilului ) în semnal electric pentru a determina ulterior viteza instantanee a fiecărei roţi. • Descriere Se întâlnesc două tipuri de captori. 1. Captorul activ ( inductiv ) S N Acest captor este un generator de tensiune de tip inductiv. Este compus din doi magneţi permanenţi, o bobină şi o roată danturată. Funcţionarea captorului este după principiul inducţiei electromagnetice. Variaţia de flux magnetic la care este supusă bobina crează în aceasta o tensiune electrică proporţională cu viteza de variaţie a fluxului magnetic adică cu viteza de defilare a danturii prin dreptul magneţilor permanenţi. Avem nevoie de o anumită viteză de defilare ( viteză roată ) pentru a se obţine un semnal de formă cvasisinusoidală la bornele traductorului ( în general 5 – 10 km/h ). 2. Captorul pasiv ( magnetorezistiv ) Spre deosebire de captorul activ captorul pasiv are nevoie de alimentare. Se poate spune că acest captor este un detector al nivelului de câmp magnetic. El integrează un circuit electronic alimentat de calculatorul sistemului. Modificarea fluxului magnetic este realizată prin defilarea unor magneţi prin dreptul circitului electronic. Această variaţie 15 Sistemul de frânare cu ABS de câmp magnetic produce la ieşirea captorului un semnal pătrat a cărui frecvenţă este proporţională cu viteza roţii. Se pot întâlnii două tipuri de elemente rotative ale traductorului şi anume cele magnetice ( rulment instrumentat ) şi cele clasice ( cele cu dantură ). Rulment instrumentat Avem captor magneto-rezistiv adică un captor a cărui rezistenţă variază odată cu fluxul magnetic. Traductor cu roată danturată Această tehnologie se bazează pe efectul HALL, fluxul magnetic fiind generat de prezenţa unui magnet aflat la interiorul captorului.Captorul lucreză sub o variaţie de flux magnetic. Sistemul de frânare cu ABS 16 11.2 Captorii longitudinali • Rol Aceste elemente participă la calculul vitezei de referinţă situaţie în care calculatorul ABS conţine strategia susţinere referinţă. Se utilizează captori de acceleraţie longitudinală de tip I.L.S. (întrerupător cu lamă suplă ) sau analogice. Calculatorul are nevoie de această informaţie în situaţia când sistemul este dotat numai cu doi captori de roţi ( TWINGO ) sau când toate cele 4 roţi sunt motrice ( 4x4 KANGOO ). • Sistem ABS cu doi captori de viteză Captorul de acceleraţie longitudinală de tip I.L.S. permite a depista fazele de accelerare sau decelerare. Pe perioada deceleraţiei deschiderea sau nedeschiderea unor contacte permite recunoaşterea a două zone de aderenţă: aderenţă scăzută aderenţă medie sau ridicată Diferenţierea între aderenţa medie şi cea ridicată se face observând reaccelerarea roţilor în urma unei modificări de presiune în sistemul de frânare. Deschiderea sau închiderea contactelor se face funcţie de faza în care se găseşte vehiculul adică accelerare sau decelerare. • ABS pentru vehicule 4x4 În faza de frânare aderenţa la cele 4 roţi poate diferi situaţie în care una din roţi va avea tendinţă de blocare. Acest lucru va duce şi la tendinţa de blocare a celorlalte roţi. Este necesară o informaţie suplimentară pentru a cunoaşte deceleraţia roţilor în raport cu cea a vehiculului. Atunci când viteza unei roţi devine din nou semnificativă calculatorul va putea aplica din nou o strategie normală de funcţionare. Se utilizează captor analogic. • Captorul I.L.S. Informaţia primită de la acest captor este o tensiune de tip totul sau nimic ceea ce înseamnă că informaţia de decelerare nu apare decât de la un anumit prag al deceleraţie.Captorul este costituit din două comutatoare pendulare care corect montate pe automobil vor fi închise în situaţia unui rulaj normal sau rulaj cu accelerare sau decelerare scăzute.Când pragul este depăşit contactele se vor deschide. Montarea captorului se face cât mai aproape de centrul de masă al automobilului. Sistemul de frânare cu ABS 17 • Captorul analogic Informaţia primită de la acest captor este o tensiune variabilă proporţională cu acceleraţia sau deceleraţia automobilului. În general numai informaţia de deceleraţie este utilizată de calculator. masă Alimentare Tensiune variabilă Masă Sistemul de frânare cu ABS 18 11.3 Contactorul STOP Este un captor de tipul totul sau nimic şi are rolul de a informa calculatorul în vederea intrării în gardă a funcţiei ABS. Informaţia este folosită de calculator şi pentru a depista sursa de deceleraţie a automobilului ( putem avea frâna de mână trasă sau roată blocată din diverse motive ).Dacă sistemul se află în faza de reglare iar conducătorul eliberează pedala de frână semnalul transmis prin contactor permite calculatorului să părăsească rapid această fază. Alimentare Calculator ABS Informaţie Pedală de frână În cazul defectării contactorului sistemul funcţionează în continuare pentru că informaţiile principale sunt cele de viteză roată. 11.4 Captorul pentru cursă pedală frână Acest captor se întâlneşte la sistemele TEVES prima generaţie. Rolul său este acela de a determina pragurile punere şi scoatere din funcţionare a grupului electropompă. I din de Totodată el permite ca sistemul ABS să–şi întrerupă funcţionarea dacă pedala de frână este apăsată mai mult de un anumit prag.Traductorul este de tip reostat plasat la nivelul servomecanismului de frânare. Cursorul său se află solidarizat în mişcare cu diafragma servomecanismului. Informaţia de poziţie pedală de frână este dată calculatorului sub formă de rezistenţă variabilă. Calculatorul alimentează în curent continuu captorul şi determină poziţia pedalei prin căderea de tensiune pe captor. Sistemul de frânare cu ABS 19 CUPRINS SISTEMUL DE FRÂNARE CU ABS__________________________________________________1 Introducere....................................................................................................................................................1 1.1 Utilizarea sistemului ABS........................................................................................................................................1 Scopul sistemului ABS...................................................................................................................................................2 Rolul sistemului ABS.....................................................................................................................................................2 Caracteristicile sistemului ABS......................................................................................................................................2 2. Principiul de funcţionare..........................................................................................................................3 2.1 Relaţia între alunecare şi aderenţă............................................................................................................................3 2.2 Forţa de aderenţă......................................................................................................................................................3 Coeficienţi de aderenţă...................................................................................................................................................4 3. Istoria sistemului ABS...............................................................................................................................5 4. Sisteme ABS utilizate de Renault.............................................................................................................6 4.1 Sisteme integrate......................................................................................................................................................6 4.2 Sistem adiţional........................................................................................................................................................6 5. Componente...............................................................................................................................................7 6. Dispunerea elementelor.............................................................................................................................7 7. Principiul de funcţionare..........................................................................................................................8 7.1 Schema de principiu.................................................................................................................................................8 7.2 ABS tip sistem adiţional...........................................................................................................................................9 8. Calculatorul sistemului ABS.....................................................................................................................9 8.1 Strategia calculatorului.............................................................................................................................................9 9. Ansamblul hidraulic................................................................................................................................10 9.1 Prezentare...............................................................................................................................................................10 9.2 Precauţii..................................................................................................................................................................10 10. Circuitul hidraulic.................................................................................................................................11 11. Elemente electrice..................................................................................................................................15 11.1 Captorii de viteză roată.........................................................................................................................................15 11.2 Captorii longitudinali............................................................................................................................................17 11.3 Contactorul STOP................................................................................................................................................19 11.4 Captorul pentru cursă pedală frână.......................................................................................................................19 Sistemul de frânare cu ABS 20